JP2008038827A - エンジン即暖システムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジン始動時には蓄熱器の温水を利用すると共に、排気ガスの熱を回収して効率的に暖気を行い、さらに、エンジン暖気後には蓄熱器及びラジエータの双方に冷却水を循環させて、冷却と熱水の貯留を並行して行うエンジン即暖システムの制御方法を提供する。
【解決手段】 エンジン１を環流する冷却水と、その冷却水を導入して冷却するラジエータ２と、前記エンジン１によって加熱された冷却水を貯留する蓄熱器３と、前記エンジン１、ラジエータ２、蓄熱器３の間に冷却水を流通させる配管６及びウォーターポンプ７を備えたエンジン即暖システムの制御方法において、エンジン１の始動時に、蓄熱器３に貯留した温水をエンジン１へ送出してエンジン１を暖気し、エンジン１の始動後に、排気ガスの熱回収を行い、その熱回収後の冷却水をエンジン１に循環させて暖気を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明はエンジン即暖システムの制御方法に関し、特に、エンジン始動時には蓄熱器の温水を利用すると共に、排気ガスの熱を回収して効率的に暖気を行い、さらに、エンジン暖気後には蓄熱器及びラジエータの双方に冷却水を循環させて、冷却と熱水の貯留を並行して行うエンジン即暖システムの制御方法に関する。

一般に、自動車の水冷エンジンでは、ラジエータにより冷却された冷却水が、冷却水供給流路により水冷エンジンへ送給される一方、エンジンにより加熱された冷却水は、冷却水回収流路によりラジエータに回収され熱交換にて冷却されるようになっている。
このような水冷エンジンでは、冬場や寒冷地において、停車中にエンジンが外気温まで冷却するために、エンジンの始動が悪化するといという問題がある。
また、コールドスタート時には、エンジンが適切な温度に上昇するまでに時間を要するため、例えば電子制御燃料噴射の場合、アイドル回転数が上昇した状態で推移し、燃費効率が悪化するという問題がある。
そこで、水冷式内燃機関の暖気促進を図る冷却系装置として、エンジンを環流する冷却水を保温貯蔵する蓄熱器を冷却水回路に配設し、蓄熱器内に貯留した高温の冷却水をエンジン部に導入してエンジンの暖気促進を図る技術が提案されている。（例えば、特許文献１参照）
この公報記載の技術は、蓄熱器内に取り込まれた高温のエンジン冷却水は車両が停車している間、蓄熱器内に保温貯留される。そして、次回のエンジン始動時に、蓄熱器内の高温のエンジン冷却水がエンジンに送り込まれ、エンジンの早期暖気や車室暖房に使用される。
特開２００２−１９５０３５号公報

しかしながら、前記公報記載の技術は、蓄熱器に貯留した温水によりエンジンを暖気することができるが、蓄熱器の容量にも限界があり、時間の経過と共に蓄熱器内の温度の低下も避けられない。
そして、エンジンの始動と共に、冷却水温度も徐々に上昇することになるが、適切な温度に達するまでは、なお、一定の時間を要する。
そこで、エンジンの始動時に排気ガスの熱を利用すれば、始動時に冷却水の温度を短時間で適切な温度に上げることができる。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、エンジン始動時には蓄熱器の温水を利用すると共に、排気ガスの熱を回収して効率的に暖気を行い、さらに、エンジン暖気後には蓄熱器及びラジエータの双方に冷却水を循環させて、冷却と熱水の貯留を並行して行うエンジン即暖システムの制御方法を提供することにある。

本発明の請求項１記載の発明では、エンジンを環流する冷却水と、その冷却水を導入して冷却するラジエータと、前記エンジンによって加熱された冷却水を貯留する蓄熱器と、前記エンジン、ラジエータ、蓄熱器の間に冷却水を流通させる配管及びウォーターポンプを備えたエンジン即暖システムの制御方法において、 エンジンの始動時に、蓄熱器に貯留した温水をエンジンへ送出してエンジンを暖気し、エンジンの始動後に、排気ガスの熱回収を行い、その熱回収後の冷却水をエンジンに循環させてさらに暖気を行う方法とした。

本発明の請求項１記載の発明にあっては、エンジンの始動時に、蓄熱器に貯留した温水をエンジンへ送出してエンジンを暖気する方法としたので、エンジンの暖気促進により、冬場や寒冷地であっても確実にエンジンスタートが行われる。
また、エンジンの始動後に、排気ガスの熱回収を行い、その熱回収後の冷却水をエンジンに循環させてさらに暖気を行う方法としたので、エンジンの適切な温度上昇が早期に完了し、電子制御燃料噴射の場合、アイドル回転数は早期に安定し、燃費効率が向上する。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図１はエンジン即暖システムの概略構成図、図２はエンジン始動時の冷却水の流れを示す説明図、図３はエンジン始動直後の冷却水の流れを示す説明図、図４は熱回収回路が作動した状態の冷却水の流れを示す説明図、図５は走行状態の冷却水の流れを示す説明図、図６は熱回収回路が停止した状態の冷却水の流れを示す説明図、図７は停車状態のエンジン即暖システムの概略構成図、図８は本発明の作用を示すタイムチャートである。

まず、本発明の構成を説明する。
本発明を実現するエンジン即暖システムは、図１に示すように、車両の内燃機関を構成するエンジン１と、そのエンジン１に環流する冷却水を冷却するラジエータ２と、エンジン１によって加熱された冷却水を貯留する蓄熱器３と、蓄熱器３の下流側に接続された熱回収器４及び車室暖房ヒータコア５と、それらの間に冷却水を環流させる配管６と、冷却水を圧送するウォーターポンプ７を主要な構成としている。

前記エンジン１にはトランスミッション８が備えられ、排気ポートには排気を集合して排気管に送るエギゾーストマニホールド９が接続され、排気管１０には排気ガスを浄化する触媒１１が配置されている。

前記配管にはバルブＶ１〜Ｖ４が設定され、図示しない制御装置によってセンサが検出する冷却水温度によりその作動が制御される。

また、本発明を実現するエンジン即暖システムには、図１に示すように、ラジエータ２により冷却した冷却水を水冷エンジンへ環流する冷却回路１２と、蓄熱器３からの温水をエンジンに供給する即暖回路１３と、排気ガスの熱を回収する熱回収回路１４と、車室内を暖房するためのヒータ回路１５によって構成されている。

前記冷却回路１２では、エンジン１によって加熱された冷却水がウォーターポンプ７によってラジエータ２に圧送され、冷却後の冷却水が再びエンジン１に送り込まれる。
このウォーターポンプ７は、エンジンの動力により駆動されて、冷却水を各回路の配管に循環させる。
この冷却回路１２は冷却水温度に応動するサーモスタット１６を備え、通過する冷却水の温度に応じて、エンジン１からラジエータ２への冷却水の流量を制御して、冷却水の温度を所定温度に維持する。このサーモスタット（Ｔ／Ｓ）１６は機械式の他、電子式等が使用され、バルブＶ１〜Ｖ４と同様に制御装置によってその作動が制御される。

前記即暖回路１３では、エンジン１の始動時に、蓄熱器３に貯留された温水がバルブＶ１を通過してバイパス配管１７に分岐し、バルブＶ３，Ｖ４を介して蓄熱器３とエンジン１の間を環流する。
バルブＶ１はバイパス配管１７への分岐路に設定された切替え弁であり、バイパス配管１７への冷却水の通過と、ヒータ回路１５側への冷却水の通過を切替える。
バルブＶ３は蓄熱器の入口，Ｖ４は蓄熱器の出口を閉鎖、開放する弁であり、バルブＶ３，Ｖ４によって蓄熱器への冷却水の流入、放出、貯留を制御する。

前記蓄熱器３は、保温、断熱材、真空部等からなる断熱構造を備えたタンクであり、高熱の冷却水を貯留する機能を備えている。

本実施例においては、エンジン１からの冷却水は即暖回路１３に流入し、バルブＶ１，Ｖ３，Ｖ４を通過して再びエンジン１に送り込まれて、エンジン１を暖気する。

前記熱回収回路１４は、蓄熱器３からのバルブＶ１の下流に設定され、排気ガス熱の回収器４を備えており、排気ガス管１０のガスバルブ１８を閉鎖して回収器４に排気ガスを送り、その熱を回収する。この熱回収回路１４への冷却水の分岐は、バルブＶ２の切替えにより行われる。
この熱回収回路１４の下流には、自動車用空調装置のヒータコア５（暖房用熱交換器）が設定され、図示しない空調用送風機により送風される空調空気を冷却水と熱交換して加熱する。

前記蓄熱器３の下流にバイパス配管１７の分岐路が接続され、その分岐路の下流に熱回収回路１４及びヒータ回路１５が接続され、エンジン稼働に伴う冷却水の温度変化に応じて、バイパス配管１７の分岐制御及び熱回収回路１４の開閉制御が行なわれる。

次に、図１〜図７及び図８のタイムチャートに基づいて本発明の作用を説明する。
なお、以下のタイムチャートの説明において、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５はそれぞれ、エンジン入口（Ｔ１），エンジン出口（Ｔ２），蓄熱器（Ｔ３），蓄熱器出口（Ｔ４），ヒータコア入口（Ｔ５）の温度を示している。

図１は停車状態を示しており、蓄熱器の温水は高温（７０℃前後）を示し、エンジン出口（Ｔ２）の温度、及びヒータコア入口（Ｔ５）の温度は常温（２０℃前後）を示している。
この時点では、蓄熱器３のバルブＶ３，Ｖ４は閉鎖されて、蓄熱器のタンクに温水が貯留されている。

図２は蓄熱器３の温水温度（Ｔ３）が高い場合にエンジンを始動（Kｅｙ ｏｎ）した状態であり、エンジンの始動と共に制御装置がバルブＶ３，Ｖ４を開放して蓄熱器３から温水を送出し、それと共にバルブＶ１が即暖回路１３へ切替わり、蓄熱器３の温水はバイパス配管１７を通過してエンジンに送出される。
ここでは、蓄熱器（Ｔ３）及びヒータコア入口（Ｔ５）がほぼ横ばい状態であるのに対し、エンジン出口（Ｔ２）の温度が徐々に上昇する。

図３は、図２の状態から蓄熱器３の温水温度（Ｔ３）が低下した場合である。具体的には、エンジンから冷却水が蓄熱器３に流れ込むために、蓄熱器３の温水温度（Ｔ３）が低下する。図３の状態ではバルブＶ３，Ｖ４を開放して蓄熱器３から温水を送出することは図２と同じであるが、熱回収回路１４のバルブＶ２が切替わると共に、排気ガスバルブ１８が閉鎖して回収器４へガスが導入され、熱回収が行われる。
これに従い、蓄熱器３の温水温度が熱回収により上昇し、ヒータコア入口（Ｔ５）、エンジン出口（Ｔ２）が徐々に上昇する。このときバルブＶ１は温水を熱回収器４に流すように制御する。
つまり、熱回収後の冷却水がヒータ回路及びエンジンに循環し、車室の暖房補助及びエンジン暖気が行われる。

図４はエンジン始動後、所定時間が経過した状態であるが、まだ蓄熱器３の温水温度（Ｔ３）が十分高くない場合である。この場合は、バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ４の状態は前記図３と同一であり、熱回収器４で温水温度を上昇させるが、蓄熱器３のバルブＶ３が半開となる点が異なっている。
このバルブＶ３が半開となることにより、蓄熱器内の冷却水（温水）が徐々に入れ替わる。
この状態では、冷却水の温度によってエンジン１からラジエータ２へも冷却水を流す。

図５、図６は、走行中の状態を示している。図５では、バルブＶ１，Ｖ４の状態は前記図４と同一であり、冷却水は熱回収回路を通過することによりヒータコアに供給されて車室の暖房補助に利用される。
図６では、バルブＶ１，Ｖ３，Ｖ４の状態が図５と同じであるが、配管内の冷却水がかなりの高温に達した状態であり、熱回収回路１４のバルブＶ２が閉鎖されると共に、排気ガスバルブ１８が開放されて、熱回収回路１４が閉鎖される。
図５、６の状態では、ラジエータ２へも冷却水を流す。

図７は停車（Ｋｅｙ ｏｆｆ）した状態であり、
各配管の冷却水の循環は停止し、蓄熱器のバルブＶ３，Ｖ４が閉鎖されて、蓄熱器内に温水が貯留される。
ここでは、時間の経過と共に蓄熱器内の温度が低下する。

次に、図９はエンジン即暖システムの制御方法のフロー図である。
エンジンキー操作によりエンジンを始動すると、蓄熱器（Ｔ３）の温水温度が所定の蓄熱閾値温度α℃以上であるかセンサが検出する（Ｓ１）。

Ｔ３温度が蓄熱閾値温度α℃以上である場合には、Ｓ２に移行し、バルブＶ１，Ｖ３，Ｖ４を切替え、蓄熱器３内の温水をエンジンに供給する。すなわち、バルブＶ１が即暖回路に切替わり、蓄熱器の温水がバイパス回路を通過してエンジンに送出されて、エンジンを暖気する。

前記Ｓ１において、蓄熱器温度Ｔ３が蓄熱閾値温度α℃より低温の場合には、Ｓ３に移行し、蓄熱器のバルブＶ３，Ｖ４は開かずに、バルブＶ１のみが切替わり、バイパス回路を経由して冷却水が循環する。これは図１のバルブ状態（図８参照）において、バルブＶ１のみ図２の状態（図８参照）にする、すなわち、即暖回路１３を形成する状態にする。

Ｓ４ではエンジン出口（Ｔ２）温度が所定の温水閾値β℃に達したか否かを検出し、温水閾値β℃に達していない場合には現在のバルブの状態を保持する。温水閾値β℃に達している場合には、Ｓ５に移行し、バルブＶ１を切替えて即暖回路１３を閉鎖し、そして、バルブＶ２を切替えて熱回収回路１４を開放する。同時に排気ガス管のガスバルブ１８閉じて熱回収回路へ切替える。

Ｓ６では、エンジン出口（Ｔ２）温度が熱水閾値γ℃に達したか否かを検出し、熱水閾値γ℃に達していない場合には現在のバルブの状態を保持する。熱水閾値γ℃に達している場合には、Ｓ７に移行し、バルブＶ３を半開として蓄熱器内の冷却水を徐々に入れ替える。バルブＶ４は全開のままとする。

Ｓ８では、蓄熱器出口（Ｔ４）温度が熱水閾値γ℃に達したか否かを検出し、熱水閾値γ℃に達していない場合には現在のバルブの状態を保持する。熱水閾値γ℃に達している場合には、Ｓ９に移行して、バルブＶ３を全開として蓄熱器３内に熱水を導入する。

Ｓ１０では、蓄熱器出口（Ｔ４）温度が熱水閾値γ℃以上で、かつ、ヒータコア入口（Ｔ５）温度がヒータ設定温度δ℃以上であるか検出し、これらの条件を満たさない場合には現在のバルブの状態を保持する。前記条件を満たす場合にはＳ１１に移行し、バルブＶ２を切替えて熱回収回路１４を閉鎖すると共に、ガスバルブ１８を開いて排気ガス管１０を開放する。

Ｓ１２において、キーオフするとエンジンが停止し、バルブＶ３，Ｖ４を閉鎖して蓄熱器３に熱水を貯留する（Ｓ１３）。

次に、本実施例の効果を説明する。
本実施例では、エンジン１の始動時に、蓄熱器３に貯留した温水をエンジンへ送出してエンジンを暖気する方法としたので、エンジン１の暖気促進により、冬場や寒冷地であっても確実にエンジンスタートが行われる。
また、エンジン１の始動後に、排気ガスの熱回収を行い、その熱回収後の冷却水をエンジン１に循環させてさらに暖気を行う方法としたので、エンジン１の適切な温度上昇が早期に完了し、電子制御燃料噴射の場合、アイドル回転数は早期に安定し、燃費効率が向上する。

そして、エンジン１の始動後に、排気ガスの熱回収を行い、その熱回収後の冷却水をヒータ回路１５及びエンジン１に循環させる方法としたので、車室とエンジン１の両方を始動後早期に暖気できる。

また、エンジン１の始動時に、蓄熱器３からバイパス配管１７を介してエンジン１へ温水を送出する方法としたので、放熱ロスを防止してエンジン１に直接温水を導入できる。

そして、蓄熱器３の下流にバイパス配管１７の分岐路を接続し、その分岐路の下流に熱回収回路１４及びヒータ回路１５を接続し、エンジン稼働に伴う冷却水の温度変化に応じて、バイパス配管１７の分岐制御及び熱回収回路の開閉制御を行う方法としたので、エンジン始動時には蓄熱器３の温水を利用すると共に、排気ガスの熱を回収して効率的にエンジン暖気が行われる。

また、エンジンの暖気後は、熱回収回路１４への冷却水の循環を停止する方法としたので、エンジン暖気後は、熱回収回路を遮断して、冷却機能を中心とした稼働が行われる

さらに、エンジン１の暖気後は、ラジエータ２へ加熱冷却水を循環させて冷却を行うと共に、蓄熱器３へ加熱冷却水を循環させる方法としたので、蓄熱器には常に高熱冷却水が供給されて、蓄熱状態が維持される。

以上、本実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、前記実施例では、エンジン稼働中に冷却水をラジエータ２と蓄熱器３の双方に循環する方法としたが、蓄熱器内の冷却水が高温に達した場合には、ラジエータにのみ冷却水を循環させる方法とすることも可能である。

エンジン即暖システムの概略構成図である。 エンジン始動時の冷却水の流れを示す説明図である。 エンジン始動直後の冷却水の流れを示す説明図である。 熱回収回路が作動した状態の冷却水の流れを示す説明図である。 走行状態の冷却水の流れを示す説明図である。 熱回収回路が停止した状態の冷却水の流れを示す説明図である。 停車状態のエンジン即暖システムの概略構成図である。 本発明の作用を示すタイムチャートである。 本発明の作用を示すフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン
２ ラジエータ
３ 蓄熱器
４ 熱回収器
５ ヒータコア
６ 配管
７ ウォーターポンプ
８ トランスミッション
９ エギゾーストマニホールド
１０ 排気管
１１ 触媒
１２ 冷却回路
１３ 即暖回路
１４ 熱回収回路
１５ ヒータ回路
１６ サーモスタット
１７ バイパス配管
１８ ガスバルブ

Claims (6)

1. エンジンを環流する冷却水と、その冷却水を導入して冷却するラジエータと、前記エンジンによって加熱された冷却水を貯留する蓄熱器と、前記エンジン、ラジエータ、蓄熱器の間に冷却水を流通させる配管及びウォーターポンプを備えたエンジン即暖システムの制御方法において、
   エンジンの始動時に、蓄熱器に貯留した温水をエンジンへ送出してエンジンを暖気し、
   エンジンの始動後に、排気ガスの熱回収を行い、その熱回収後の冷却水をエンジンに循環させて暖気を行うことを特徴とするエンジン即暖システムの制御方法。
2. エンジンの始動後に、排気ガスの熱回収を行い、その熱回収後の冷却水をヒータ回路及びエンジンに循環させて、車室暖房及びエンジン暖気を行うことを特徴とする請求項１記載のエンジン即暖システムの制御方法。
3. エンジンの始動時に、蓄熱器からバイパス配管を介してエンジンへ温水を送出する方法とした請求項１又は２記載のエンジン即暖システムの制御方法。
4. 蓄熱器の下流にバイパス配管の分岐路を接続し、その分岐路の下流に熱回収回路及びヒータ回路を接続し、エンジン稼働に伴う冷却水の温度変化に応じて、バイパス配管の分岐制御及び熱回収回路の開閉制御を行うことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のエンジン即暖システムの制御方法。
5. エンジンの暖気後は、熱回収回路への冷却水の循環を停止する方法とした請求項１〜４いずれか記載のエンジン即暖システムの制御方法。
6. エンジンの暖気後は、ラジエータへ加熱冷却水を循環させて冷却を行うと共に、蓄熱器へ加熱冷却水を循環させる方法とした請求項１〜５いずれか記載のエンジン即暖システムの制御方法。